DE102020214128B4 - Rules of an X-ray pulse chain generated by a linear accelerator system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Regeln einer mittels eines Linearbeschleunigersystems generierten Röntgenstrahlenpulskette mit einem ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls und einem zweiten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls, aufweisend folgende Schritte:- Modulieren eines mittels einer Elektronenquelle des Linearbeschleunigersystems erzeugten ersten Elektronenstrahls innerhalb einer ersten Hochfrequenzpulsdauer, wobei der erste Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls beim Modulieren des ersten Elektronenstrahls erzeugt wird,- Messen von zeitaufgelösten Ist-Werten des ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls mittels einer Messeinheit,- Anpassen zumindest eines Pulsparameters mittels einer Regeleinheit in Abhängigkeit eines Vergleichs des vorgegebenen Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls-Profils und der gemessenen zeitaufgelösten Ist-Werte, und- Modulieren eines mittels der Elektronenquelle erzeugten zweiten Elektronenstrahls innerhalb einer zweiten Hochfrequenzpulsdauer in Abhängigkeit des zumindest einen angepassten Pulsparameters zur Erzeugung des zweiten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls, wodurch die Röntgenstrahlenpulskette geregelt wird.The invention relates to a method for controlling an X-ray pulse chain generated by means of a linear accelerator system with a first multi-amplitude X-ray pulse and a second multi-amplitude X-ray pulse, having the following steps:- modulating a first electron beam generated by means of an electron source of the linear accelerator system within a first high-frequency pulse duration, the first multi-amplitude x-ray pulse is generated during modulation of the first electron beam,- measuring time-resolved actual values of the first multi-amplitude x-ray pulse by means of a measuring unit,- adjusting at least one pulse parameter by means of a control unit depending on a comparison of the specified multi-amplitude x-ray pulse profile and the measured time-resolved Actual values, and- modulating a second electron beam generated by the electron source within a second high frequency quenzpulse duration as a function of the at least one adjusted pulse parameter for generating the second multi-amplitude X-ray pulse, whereby the X-ray pulse train is regulated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Regeln einer mittels eines Linearbeschleunigersystems generierten Röntgenstrahlenpulskette mit einem ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls und einem zweiten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls, ein zugehöriges Linearbeschleunigersystem und ein zugehöriges Computerprogrammprodukt.The invention relates to a method for controlling an X-ray pulse chain generated by means of a linear accelerator system with a first multi-amplitude X-ray pulse and a second multi-amplitude X-ray pulse, an associated linear accelerator system and an associated computer program product.
Ein Linearbeschleunigersystem wird bekannterweise dazu verwendet, geladene Teilchen, insbesondere von einer Elektronenquelle erzeugte Elektronen, entlang einer geraden Linie zu beschleunigen. Je nach Art des Linearbeschleunigersystems werden die Elektronen insbesondere mittels einer Hochfrequenzquelle in einer Linearbeschleunigerkavität auf Energiewerte über 1 MeV beschleunigt. Ein Energiewert an einem Zeitpunkt korreliert typischerweise direkt mit einem Dosiswert an diesem Zeitpunkt.A linear accelerator system is known to be used to accelerate charged particles, particularly electrons generated by an electron source, along a straight line. Depending on the type of linear accelerator system, the electrons are accelerated to energy values above 1 MeV in a linear accelerator cavity, in particular by means of a high-frequency source. An energy value at a point in time typically correlates directly with a dose value at that point in time.
Bei einer Durchleuchtung von Transportgütern, beispielsweise bei einer Zoll- oder Sicherheitskontrolle werden vorteilhafterweise Röntgenstrahlenpulse mit verschiedenen Energiewerten verwendet, um eine Materialdiskriminierung und somit eine Ermittlung verschiedener Arten an Transportgütern zu ermöglichen. Ogorodnikov et al. offenbart in „Processing of interlaced images in 4-10 MeV dual energy customs system for material recognition“, Physical Review Special Topics - Accelerator and Beams, Volume 5, 104701 (2002) die Verwendung verschiedener Energiewerte für die Materialdiskriminierung.X-ray pulses with different energy values are advantageously used when x-raying goods in transit, for example during a customs or security check, in order to enable material discrimination and thus determination of different types of goods in transit. Ogorodnikov et al. discloses in "Processing of interlaced images in 4-10 MeV dual energy customs system for material recognition", Physical Review Special Topics - Accelerator and Beams,
Während in früheren Linearbeschleunigersystemen lediglich die Energiewerte in aufeinanderfolgenden Hochfrequenz- und Röntgenstrahlenpulsen variiert werden konnte, ist es inzwischen bekannt, dass ein einzelner Elektronenstrahlpuls bzw. Röntgenstrahlenpuls verschiedene Energiewerte aufweisen kann:
- Beispielsweise offenbart
WO 2015/175 751 A1
- For example disclosed
WO 2015/175 751 A1
Aus der
Die
Während eine Regelung des Linearbeschleunigersystems bei aufeinanderfolgenden Hochfrequenz- und Röntgenstrahlenpulsen bis zu mehreren Millisekunden dauern darf und typischerweise nur einen integrierten Amplitudenwert des vorangegangenen Pulses betrachtet, erfordert eine Regelung einer Röntgenstrahlenpulskette mit einem ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls und einem zweiten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls zusätzliche Informationen. Das liegt insbesondere daran, dass ein Einschwingverhalten und/oder eine Drifteigenschaft des Linearbeschleunigersystems innerhalb der Hochfrequenzpulsdauer beim Generieren des Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls berücksichtigt werden sollte.While a control of the linear accelerator system with successive radio frequency and X-ray pulses may take up to several milliseconds and typically only considers an integrated amplitude value of the previous pulse, a control of an X-ray pulse chain with a first multi-amplitude X-ray pulse and a second multi-amplitude X-ray pulse requires additional information. This is due in particular to the fact that a transient response and/or a drift property of the linear accelerator system within the radio-frequency pulse duration should be taken into account when generating the multi-amplitude X-ray pulse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren für ein Regeln einer mittels eines Linearbeschleunigersystems generierten Röntgenstrahlenpulskette mit einem ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls und einem zweiten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls, ein zugehöriges Linearbeschleunigersystem und ein zugehöriges Computerprogrammproduktanzugeben mit einer verbesserten Regelung anzugeben.The invention is based on the object of specifying a method for regulating an X-ray pulse chain generated by means of a linear accelerator system with a first multi-amplitude X-ray pulse and a second multi-amplitude X-ray pulse, an associated linear accelerator system and an associated computer program product with improved regulation.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous configurations are described in the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren für ein Regeln einer mittels eines Linearbeschleunigersystems generierten Röntgenstrahlenpulskette mit einem ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls und einem zweiten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls weist folgende Schritte auf:
- - Modulieren eines mittels einer Elektronenquelle des Linearbeschleunigersystems erzeugten ersten Elektronenstrahls innerhalb einer ersten Hochfrequenzpulsdauer in Abhängigkeit eines vorgegebenen Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls-Profils, wobei der erste Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls beim Modulieren des ersten Elektronenstrahls erzeugt wird,
- - Messen von zeitaufgelösten Ist-Werten des ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls mittels einer Messeinheit,
- - Anpassen zumindest eines Pulsparameters mittels einer Regeleinheit in Abhängigkeit eines Vergleichs des vorgegebenen Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls-Profils und der gemessenen zeitaufgelösten Ist-Werte, und
- - Modulieren eines mittels der Elektronenquelle erzeugten zweiten Elektronenstrahls innerhalb einer zweiten Hochfrequenzpulsdauer in Abhängigkeit des zumindest einen angepassten Pulsparameters zur Erzeugung des zweiten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls, wodurch die Röntgenstrahlenpulskette geregelt wird.
- - modulating a first electron beam generated by an electron source of the linear accelerator system within a first high-frequency pulse duration as a function of a predetermined multi-amplitude x-ray pulse profile, the first multi-amplitude x-ray pulse being generated when the first electron beam is modulated,
- - measuring time-resolved actual values of the first multi-amplitude X-ray pulse by means of a measuring unit,
- - Adaptation of at least one pulse parameter by means of a control unit depending on a comparison of the specified multiple-amplitude X-ray pulse profile and the measured time-resolved actual values, and
- - Modulating a second electron beam generated by means of the electron source within a second high-frequency pulse duration as a function of the at least one adjusted pulse parameter for generating the second multi-amplitude X-ray pulse, whereby the X-ray pulse chain is regulated.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass verschiedene Kategorien an Ist-Werten gemessen werden, beispielsweise ein Hochfrequenzleistungswert, ein Stromstärkewert, ein Dosiswert und/oder ein Energiewert. Das Messen der zeitaufgelösten Ist-Werte ermöglicht vorteilhafterweise ein Auflösen der Ist-Werte des ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpulses über die Zeit. Die zeitaufgelösten Ist-Werte sind insbesondere vorteilhaft, weil herkömmlicherweise bisher ein einzelner IstWert, welcher den gesamten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls beschreibt, erfasst wurde, insbesondere wenn herkömmlicherweise ein Dosiswert des Mehramplituden-Röntgenstrahlenpuls über die Zeit integriert wird. Die Messeinheit ist insbesondere eine impedanzangepasste Messeinheit. Die Messeinheit kann insbesondere mit 50 Ohm abgeschlossen sein. Die Zeitauflösung ist vorteilhafterweise geringer als 1 µs, insbesondere geringer als 10 ns.In principle, it is conceivable that different categories of actual values are measured, for example a high-frequency power value, an amperage value, a dose value and/or an energy value. Measuring the time-resolved actual values advantageously enables the actual values of the first multi-amplitude x-ray pulse to be resolved over time. The time-resolved actual values are particularly advantageous because a single actual value, which describes the entire multi-amplitude X-ray pulse, has conventionally been recorded, in particular when a dose value of the multi-amplitude X-ray pulse is conventionally integrated over time. The measuring unit is in particular an impedance-matched measuring unit. In particular, the measuring unit can be terminated with 50 ohms. The time resolution is advantageously less than 1 μs, in particular less than 10 ns.
Das erfindungsgemäße Linearbeschleunigersystem weist
- - die Regeleinheit,
- - die Elektronenquelle,
- - die Hochfrequenzquelle,
- - die Messeinheit und
- - ein Target zur Generierung der Röntgenstrahlenpulskette auf. Vorteilhafterweise ermöglicht das Linearbeschleunigersystem ein geregeltes Generieren der Röntgenstrahlenpulskette, wodurch vorteilhafterweise die Materialdiskriminierung weiter verbessert wird.
- - the control unit,
- - the electron source,
- - the high-frequency source,
- - the unit of measurement and
- - A target for generating the X-ray pulse chain. The linear accelerator system advantageously enables the X-ray pulse chain to be generated in a controlled manner, which advantageously further improves the material discrimination.
Die Röntgenstrahlenpulskette umfasst den ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls und den zweiten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls. Vorteilhafterweise umfasst die Röntgenstrahlenpulskette zusätzlich zum ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls und zum zweiten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls weitere geregelte Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpulse, so dass die Röntgenstrahlenpulskette durchgehend im Betrieb geregelt ist. Dies wird insbesondere ermöglicht, wenn die zeitaufgelösten Ist-Werte während der gesamten Dauer einer Untersuchung, beispielsweise bei einer bildgestützten Sicherheitskontrolle oder bei einer bildgestützten Zollkontrolle, gemessen werden.The x-ray pulse train includes the first multi-amplitude x-ray pulse and the second multi-amplitude x-ray pulse. Advantageously, the x-ray pulse chain comprises further regulated multi-amplitude x-ray pulses in addition to the first multi-amplitude x-ray pulse and the second multi-amplitude x-ray pulse, so that the x-ray pulse chain is continuously regulated during operation. This is made possible in particular if the time-resolved actual values are measured over the entire duration of an examination, for example in an image-based security check or in an image-based customs check.
Das Linearbeschleunigersystem ist somit vorteilhafterweise für die bildgestützte Sicherheitskontrolle oder für die bildgestützte Zollkontrolle geeignet, insbesondere wenn mittels der geregelten Röntgenstrahlenpulskette ein zu kontrollierendes Transportgut mit typischerweise verschiedenen Materialien durchleuchtet wird und mittels eines Detektors erfasst wird.The linear accelerator system is thus advantageously suitable for image-supported security checks or for image-supported customs checks, in particular when the regulated x-ray pulse chain is used to x-ray a transport item that is to be checked, typically with different materials, and is detected by a detector.
Herkömmlicherweise werden zwei Arten der Elektronenstrahlerzeugung unterschieden, eine kontinuierliche Elektronenstrahlerzeugung und eine gepulste Elektronenstrahlerzeugung. Bei der gepulsten Elektronenstrahlerzeugung wird typischerweise mittels des Linearbeschleunigersystems eine Kette an Röntgenstrahlenpulsen generiert, welche aufgrund der Wechselwirkung der zeitlich versetzt, sprich gepulst auf einem Target des Linearbeschleunigersystems auftreffenden Elektronen erzeugt werden. Die gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte Röntgenstrahlenpulskette kann somit der gepulsten Elektronenstrahlerzeugung zugeordnet werden.Conventionally, a distinction is made between two types of electron gun generation, continuous electron gun generation and pulsed electron gun generation. In the case of pulsed electron beam generation, a chain of X-ray pulses is typically generated by means of the linear accelerator system, which are generated due to the interaction of the electrons impacting a target of the linear accelerator system with a time offset, i.e. pulsed. The X-ray pulse chain generated according to the present invention can thus be assigned to pulsed electron beam generation.
Die Elektronenquelle emittiert typischerweise die Elektronen in eine Linearbeschleunigerkavität des Linearbeschleunigersystems. Die emittierten Elektronen werden beispielsweise von einem zeitaufgelösten Stromstärkewert abgebildet. Die emittierten Elektronen bilden typischerweise zumindest zwei Elektronenstrahlen und werden üblicherweise über einen gewissen Zeitraum emittiert. Die emittierten Elektronen können beispielsweise in einen ersten Elektronenstrahl und einen im Vergleich zum ersten Elektronenstrahl zu einem späteren Zeitpunkt emittierten zweiten Elektronenstrahl unterteilt werden. Eine Pulsdauer des ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls korreliert im Wesentlichen zeitlich mit der Pulsdauer der jeweiligen Elektronenstrahlen.The electron source typically emits the electrons into a linear accelerator cavity of the linear accelerator system. For example, the emitted electrons are represented by a time-resolved current value. The emitted electrons typically form at least two electron beams and are usually emitted over a period of time. The emitted electrons can be divided, for example, into a first electron beam and a second electron beam emitted at a later time than the first electron beam. A pulse duration of the first multi-amplitude x-ray pulse is substantially correlated in time with the pulse duration of the respective electron beams.
Die Elektronenquelle kann einen thermionischen Emitter, beispielsweise einen Wendelemitter oder einen sphärischen Emitter, oder einen kalten Emitter, beispielsweise mit Kohlenstoffröhren oder Silizium, aufweisen. Der Elektronenstrahl mit dem Stromstärkewert wird von der Elektronenquelle bereitgestellt und/oder mittels der Regeleinheit eingestellt. Zusätzlich kann die Elektronenquelle ein Sperrqitter im Elektronenstrahlengang zur Regulierung des ersten Elektronenstrahls und/oder des zweiten Elektronenstrahls aufweisen, beispielsweise um eine Anzahl der bereits emittierten Elektronen zu reduzieren. Die Regeleinheit kann insbesondere den Emitter und/oder das Sperrgitter steuern, beispielsweise durch das Einstellen eines Heizstroms und/oder einer Sperrspannung. Eine Variation der Stromstärkewerts umfasst insbesondere das Steuern der Stromstärkeamplitude, eines Pulsbeginns und/oder einer Pulsdauer des Elektronenstrahls mittels des Emitters und/oder des Sperrgitters. Beispielsweise kann ein Kondensator auf ein Level einer Sperrgitterspannung aufgeladen werden. In diesem Fall kann das Sperrgitter durch ein Zuschalten oder Abschalten des Kondensators reguliert werden. Derart kann beispielsweise die Stromstärke quasi stufenlos variiert werden, insbesondere falls mehrere Kondensatoren dazu ausgebildet sind. Das Zuschalten bzw. Abschalten des Kondensators kann mittels eines Halbleiterschalters, insbesondere eines MOSFET und/oder eines IGPT und/oder eines Transistors, beispielsweise im Nanosekundenbereich erfolgen.The electron source can have a thermionic emitter, for example a helical emitter or a spherical emitter, or a cold emitter, for example with carbon tubes or silicon. The electron beam with the current value is provided by the electron source and/or adjusted by means of the control unit. In addition, the electron source can have a blocking filter in the electron beam path for regulating the first electron beam and/or the second electron beam, for example in order to reduce a number of the electrons that have already been emitted. In particular, the control unit can control the emitter and/or the blocking grid, for example by setting a heating current and/or a blocking voltage. A variation of the current value includes, in particular, controlling the current amplitude, a pulse start and/or a pulse duration of the electron beam by means of the emitter and/or the blocking grid. For example, a capacitor can be charged to a level of a reverse grid voltage. In this case, the barrier grid can be regulated by switching the capacitor on or off. In this way, for example, the current intensity can be varied in a quasi-continuous manner, in particular if a number of capacitors are designed for this purpose. The capacitor can be switched on or off by means of a semiconductor switch, in particular a MOSFET and/or an IGPT and/or a transistor, for example in the nanosecond range.
Die Linearbeschleunigerkavität kann mehrere Zellen aufweisen. Eine Zelle der Linearbeschleunigerkavität wird typischerweise Beschleunigerelement genannt. Die Linearbeschleunigerkavität ist insbesondere ein Resonator, beispielsweise ein Stehwellenbeschleuniger oder ein Wanderwellenbeschleuniger.The linear accelerator cavity can have several cells. A cell of the linac cavity is typically called an accelerator element. The linear accelerator cavity is in particular a resonator, for example a standing wave accelerator or a traveling wave accelerator.
Die Hochfrequenzquelle ist zur Beschleunigung der Elektronen innerhalb der Linearbeschleunigerkavität ausgebildet und weist typischerweise ein Magnetron oder ein Klystron auf. Die Hochfrequenzquelle kann zusätzlich eine Reflektionsphasenschiebervorrichtung zur schnellen Variation des Hochfrequenzleistungswerts aufweisen. Die Hochfrequenzleistung mit dem Hochfrequenzleistungswert wird typischerweise von der Hochfrequenzquelle des Linearbeschleunigersystems bereitgestellt und/oder mittels der Regeleinheit des Linearbeschleunigersystems eingestellt.The high-frequency source is designed to accelerate the electrons within the linear accelerator cavity and typically has a magnetron or a klystron. The high-frequency source can additionally have a reflection phase shifter device for quickly varying the high-frequency power value. The high-frequency power with the high-frequency power value is typically provided by the high-frequency source of the linear accelerator system and/or adjusted by means of the control unit of the linear accelerator system.
Das Magnetron wird regelmäßig für eine Sicherheitskontrolle bzw. Zollkontrolle verwendet. Das Magnetron ist ein Hochfrequenz-Oszillator, welcher einen elektrischen Hochspannungs-Puls in einen Hochfrequenz-Puls wandelt. Der Hochspannungswert korreliert insbesondere mit dem Hochfrequenzleistungswert. Ein zeitlicher Verlauf des Hochfrequenzleistungswerts wird beispielsweise durch einen Hochspannungswertanstieg und/oder einen Hochspannungswertabstieg beeinflusst, beispielsweise infolge einer Variation der Änderungsrate des Hochspannungswerts. Bei einer alternativen Verwendung eines Klystrons kann zusätzlich zur voranstehenden Variation eine Amplitude eines Hochfrequenz-Anregungsfeldes der Buncher-Zellen variiert werden. Eine weitere Möglichkeit ist, die Hochfrequenzleistung durch eine Variation des Hochfrequenzpulses zu modulieren.The magnetron is regularly used for a security check or customs control. The magnetron is a high-frequency oscillator that converts a high-voltage electrical pulse into a high-frequency pulse. In particular, the high voltage value correlates with the high frequency power value. A time course of the high-frequency power value is influenced, for example, by a high-voltage value increase and/or a high-voltage value decrease, for example as a result of a variation in the rate of change of the high-voltage value. In an alternative use of a klystron, in addition to the above variation, an amplitude of a high-frequency excitation field of the buncher cells can be varied. Another possibility is to modulate the high-frequency power by varying the high-frequency pulse.
Insbesondere wenn die Hochfrequenzquelle das Magnetron aufweist, kann die Hochfrequenzquelle zusätzlich einen Marx-Generator zur Speisung des Magnetrons mit der Hochspannung aufweisen. Der Marx-Generator weist typischerweise mehrere Stufen auf. In dieser Ausführungsform wird der Hochfrequenzleistungswert durch ein mittels der Regeleinheit initiiertes zeitversetztes Zuschalten zumindest einer Stufe eines Marx-Generators der Hochfrequenzquelle variiert. Der Hochspannungswert korreliert insbesondere mit einer Anzahl der zugeschalteten Stufen des Marx-Generators. Gemäß dieser Ausführungsform ist also zumindest ein erster Hochfrequenzleistungswert durch den Marx-Generator erwirkt, welcher durch das zeitversetzte Zuschalten der zumindest einen Stufe weiter erhöht wird. Der Marx-Generator ermöglicht also vorteilhafterweise das Einstellen der Hochfrequenzleistung mittels einer Regulierung des zugeschalteten Hochspannungswerts.In particular when the high-frequency source has the magnetron, the high-frequency source can additionally have a Marx generator for feeding the magnetron with the high voltage. The Marx generator typically has several stages. In this embodiment, the high-frequency power value is varied by switching on at least one stage of a Marx generator of the high-frequency source with a time delay, initiated by means of the control unit. In particular, the high-voltage value correlates with a number of switched-on stages of the Marx generator. According to this embodiment, at least one first high-frequency power value is thus achieved by the Marx generator, which is further increased by switching on the at least one stage with a time delay. The Marx generator therefore advantageously allows the high-frequency power to be adjusted by regulating the switched-on high-voltage value.
Das von der Regeleinheit initiierte zeitversetzte Zuschalten ist besonders vorteilhaft, wenn parallel zum Magnetron ein Kapazitätselement, beispielsweise ein Verbindungskabel, verschaltet ist. In diesem Fall wird bisher laut der
Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird allerdings wie folgt vorgegangen: die Impedanz des Kapazitätselements, welches parallel zu dem Magnetron der Hochfrequenzquelle verschaltet ist, wird bei Erreichen der Magnetronzündspannung in einem Verhältnis ungleich 1 zu der Impedanz des Magnetrons eingestellt, sodass ein Hochspannungswert des Magnetrons ansteigt oder fällt in Abhängigkeit vom zeitversetzten Zuschalten der zumindest einen Stufe. Das Kapazitätselement kann das Verbindungskabel, insbesondere ein Koaxialkabel, sein. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil dadurch eine übliche Impedanzanpassung der Elemente der Hochfrequenzquelle entfallen kann und/oder das (Miss-)Verhältnis der Impedanzen vorteilhafterweise für das Einstellen des Hochspannungswerts genutzt wird. Das Impedanzverhältnis wird im Wesentlichen durch den kapazitiven Ladestrom und den Arbeitsstrom des Magnetrons festgelegt. Das Impedanzverhältnis kann insbesondere durch eine Änderung des Hochspannungswertanstiegs und/oder durch eine Variation des Zeitpunkts des zeitlich versetzten Zuschaltens der zumindest einen Stufe beeinflusst werden.However, according to this embodiment of the present invention, the procedure is as follows: the impedance of the capacitance element, which is connected in parallel to the magnetron of the high-frequency source, is set at a ratio unequal to 1 to the impedance of the magnetron when the magnetron ignition voltage is reached, so that a high voltage value of the magnetron increases or falls depending on the time-delayed connection of the at least one stage. The capacitance element, the connection cable, in particular which is a coaxial cable. This embodiment is particularly advantageous because it means that the usual impedance matching of the elements of the high-frequency source can be dispensed with and/or the (mis)ratio of the impedances is advantageously used for setting the high-voltage value. The impedance ratio is essentially determined by the capacitive charging current and the working current of the magnetron. The impedance ratio can be influenced in particular by a change in the rise in the high-voltage value and/or by a variation in the point in time at which the at least one stage is switched on with a time delay.
Die Regeleinheit ist insbesondere zum Modulieren des ersten Elektronenstrahls und/oder des zweiten Elektronenstrahls eingerichtet. Der modulierte erste Elektronenstrahl und/oder der modulierte zweite Elektronenstrahl ergibt sich insbesondere aus der zeitlichen Variation des Hochfrequenzleistungswerts und/oder des Stromstärkewerts und/oder des Dosiswerts und/oder des Energiewerts. In anderen Worten wird durch die Variation des Hochfrequenzleistungswerts und/oder des Stromstärkewerts und/oder des Dosiswerts und/oder des Energiewerts der erste Elektronenstrahl und/oder der zweite Elektronenstrahl moduliert. Bei der zeitlichen Variation wird insbesondere der Amplitudenbetrag und/oder ein Zeitpunkt zum Bereitstellen des Amplitudenbetrags variiert.The control unit is set up in particular to modulate the first electron beam and/or the second electron beam. The modulated first electron beam and/or the modulated second electron beam results in particular from the temporal variation of the high-frequency power value and/or the current strength value and/or the dose value and/or the energy value. In other words, the first electron beam and/or the second electron beam is modulated by varying the high-frequency power value and/or the current strength value and/or the dose value and/or the energy value. In the case of the variation over time, in particular the amplitude amount and/or a point in time for providing the amplitude amount is varied.
Grundsätzlich sind als Teil eines Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls mehrere Amplitudenbeträge der Energiewerte und/oder der Dosiswerte innerhalb einer Hochfrequenzpulsdauer vorgesehen. Der Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls kann beispielsweise wie in den Zeilen E(t) und/oder D(t) der
Wenn zwischen zwei Werten ungleich null ein zeitlicher Abschnitt gleich null ist, umfasst der Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls sogenannte Intrapulse. Die Intrapulse sind typischerweise mittels des zeitlichen Abschnitts gleich null separiert. Während der Intrapulse wird typischerweise die Röntgenstrahlung erzeugt. Daraus folgt, dass ein Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls einen zeitlichen Abschnitt aufweisen kann, währenddessen kurzzeitig keine Röntgenstrahlung erzeugt wird, weil insbesondere bei abgeschalteter Hochfrequenzleistung und/oder bei abgeschalteter Elektronenquelle keine Elektronen beschleunigt werden und somit keine Röntgenstrahlung generiert werden kann.When a time interval is zero between two non-zero values, the multi-amplitude x-ray pulse comprises so-called intrapulses. The intrapulses are typically separated by the time slice equal to zero. The X-ray radiation is typically generated during the intrapulses. It follows that a multi-amplitude X-ray pulse can have a time segment during which no X-rays are generated for a short time, because no electrons are accelerated and therefore no X-rays can be generated, particularly when the high-frequency power is switched off and/or when the electron source is switched off.
Es ist somit definiert, dass die Röntgenstrahlenpulsdauer gleich der Hochfrequenzpulsdauer ist. Die Röntgenstrahlenpulsdauer gibt also einen Zeitraum an, in welchem grundsätzlich mehrere Amplitudenbeträge auftreten und in Abhängigkeit derjenigen Amplitudenbeträge ungleich null Röntgenstrahlung erzeugt werden kann. Die Röntgenstrahlenpulsdauer kann länger sein als die Pulsdauer des, insbesondere zeitlich variierten, Elektronenstrahls. Wenn der Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls separierte Intrapulse aufweist, umfasst die Röntgenstrahlenpulsdauer den zeitlichen Abschnitt zwischen den beiden Intrapulsen, währenddessen kurzzeitig keine Röntgenstrahlung erzeugt wird. In anderen Worten ist die Summe der Intrapulsdauern in diesem Fall kürzer als die Röntgenstrahlenpulsdauer.It is thus defined that the x-ray pulse duration is equal to the radio frequency pulse duration. The x-ray pulse duration therefore specifies a period of time in which, in principle, a plurality of amplitude amounts occur and x-ray radiation can be generated as a function of those amplitude amounts not equal to zero. The X-ray pulse duration can be longer than the pulse duration of the electron beam, which in particular varies over time. If the multi-amplitude x-ray pulse has separated intra-pulses, the x-ray pulse duration comprises the time segment between the two intra-pulses during which no x-ray radiation is generated for a short time. In other words, the sum of the intra-pulse durations is shorter than the X-ray pulse duration in this case.
Das Modulieren erfolgt insbesondere innerhalb der ersten Hochfrequenzpulsdauer und/oder der zweiten Hochfrequenzpulsdauer. Das Modulieren umfasst insbesondere ein zeitliches Variieren des Hochfrequenzleistungswerts der Hochfrequenzquelle und/oder des Stromstärkewerts des Elektronenstrahls. Beispielsweise wird innerhalb der ersten Hochfrequenzpulsdauer der Hochfrequenzleistungswert und/oder der Stromstärkewert und/oder der Energiewert und/oder Dosiswert variiert und somit der erste Elektronenstrahl moduliert. Der zweite Elektronenstrahl wird beispielsweise moduliert, indem der Hochfrequenzleistungswert und/oder der Stromstärkewert und/oder der Energiewert und/oder Dosiswert innerhalb der zweiten Hochfrequenzpulsdauer variiert wird. Aufgrund der Variation des Hochfrequenzleistungswerts und/oder des Stromstärkewerts kann insbesondere der Energiewert und/oder der Dosiswert aufgrund deren Abhängigkeit variiert werden.The modulation takes place in particular within the first radio-frequency pulse duration and/or the second radio-frequency pulse duration. The modulation includes in particular a temporal variation of the high-frequency power value of the high-frequency source and/or the current value of the electron beam. For example, the high-frequency power value and/or the current strength value and/or the energy value and/or dose value is varied within the first high-frequency pulse duration and the first electron beam is thus modulated. The second electron beam is modulated, for example, by varying the high-frequency power value and/or the current intensity value and/or the energy value and/or dose value within the second high-frequency pulse duration. Due to the variation of the high-frequency power value and/or the current strength value, the energy value and/or the dose value can be varied due to their dependency.
Die erste Hochfrequenzpulsdauer und/oder die zweite Hochfrequenzpulsdauer umfasst üblicherweise einen jeweiligen Zeitraum, in welchem die Hochfrequenzquelle eine Hochfrequenzleistung insbesondere ungleich null zur Beschleunigung der Elektronen innerhalb der Linearbeschleunigerkavität bereitstellt. Die erste Hochfrequenzpulsdauer und die zweite Hochfrequenzpulsdauer können sich in einer zeitlichen Ausdehnung unterscheiden, sind typischerweise allerdings gleich lang. Der erste Hochfrequenzpuls und der zweite Hochfrequenzpuls sind typischerweise von einem Zeitraum unterbrochen, in welchem die Hochfrequenzquelle keine Hochfrequenzleistung zur Beschleunigung der Elektronen innerhalb der Linearbeschleunigerkavität bereitstellt. Daraus folgt, dass zwischen dem ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls und dem zweiten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls die Hochfrequenzleistung typischerweise null ist. In demselben Zeitraum ist üblicherweise der Stromstärkewert ebenfalls null. Darüber hinaus kann die Stromstärkewert während der ersten Hochfrequenzpulsdauer und/oder der zweiten Hochfrequenzpulsdauer null sein, um beispielsweise die beiden Intrapulse zu separieren.The first high-frequency pulse duration and/or the second high-frequency pulse duration usually includes a respective time period in which the high-frequency source provides a high-frequency power, in particular not equal to zero, for accelerating the electrons within the linear accelerator cavity. The first high-frequency pulse duration and the second high-frequency pulse duration can differ in terms of a time extension, but are typically of the same length. The first radio frequency pulse and the second radio frequency pulse are typically interrupted by a period of time in which the radio frequency source is not providing radio frequency power to accelerate the electrons within the linear accelerator cavity. It follows that between the first multi-amplitude x-ray pulse and the second multi-amplitude x-ray pulse, the radio frequency power is typically zero. In the same period of time, the current value is usually also zero. In addition, the current strength value can be zero during the first radio-frequency pulse duration and/or the second radio-frequency pulse duration, in order to separate the two intra-pulses, for example.
Das Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls-Profil ist üblicherweise ein zeitaufgelöstes Profil. Das Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls-Profil wird beispielsweise von der Regeleinheit vorgegeben und kann in Abhängigkeit von zumindest einem vorgegebenen Hochfrequenzleistungswert, Stromstärkewert, Dosiswert und/oder Energiewert mittels der Regeleinheit einstellbar sein und/oder eingestellt werden. Diese Abhängigkeit kann in Form eines Pulsparameters dargestellt sein. Der zumindest eine Pulsparameter bewirkt insbesondere eine zeitliche Variation des Hochfrequenzleistungswerts und/oder des Stromstärkewerts und/oder des Energiewerts und/oder des Dosiswerts. Die Regeleinheit kann den Pulsparameter anwenden und somit erwirken, dass typischerweise der Hochfrequenzleistungswert und/oder der Stromstärkewert und/oder der Energiewert und/oder der Dosiswert variiert wird. Das Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls-Profil gibt insbesondere den zeitlichen Verlauf des im Betrieb zu erzeugenden Röntgenstrahlenpuls mit dem vorgegebenen Hochfrequenzleistungswert, Stromstärkewert, Dosiswert und/oder Energiewert vor.The multi-amplitude x-ray pulse profile is usually a time-resolved profile. The multiple amplitude X-ray pulse profile is specified by the control unit, for example, and can be and/or can be set by the control unit depending on at least one specified high-frequency power value, current intensity value, dose value and/or energy value. This dependency can be represented in the form of a pulse parameter. The at least one pulse parameter brings about a variation over time in the high-frequency power value and/or the current intensity value and/or the energy value and/or the dose value. The control unit can apply the pulse parameter and thus cause typically the high-frequency power value and/or the current value and/or the energy value and/or the dose value to be varied. The multiple amplitude X-ray pulse profile specifies in particular the time course of the X-ray pulse to be generated during operation with the specified high-frequency power value, current strength value, dose value and/or energy value.
Der Hochfrequenzleistungswert, der Stromstärkewert, der Dosiswert und/oder der Energiewert hängen insbesondere voneinander ab und/oder bedingen sich gegenseitig. Der Hochfrequenzleistungswert P(t) wird üblicherweise in W, der Stromstärkewert I(t) in A, der Energiewert E(t) in eV und der Dosiswert D(t) in Gy angegeben. Beispielsweise berechnet sich der Energiewert aus der dritten Wurzel aus einem Bruch mit dem Dosiswert im Zähler und den Stromstärkewert im Nenner:
Daraus folgt wiederum:
Der Dosiswert ist proportional zur Hochspannungsamplitude U(t) mit der Einheit V hoch 3. Die Hochspannungsamplitude U(t) beeinflusst wiederum den Hochfrequenzleistungswert P(t).The dose value is proportional to the high-voltage amplitude U(t) with the unit V to the power of 3. The high-voltage amplitude U(t) in turn influences the high-frequency power value P(t).
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zeitaufgelösten Ist-Werte eine Dosisverteilung des ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls beschreiben. Die Dosiswertverteilung stellt insbesondere den Dosisverlauf über die Zeit dar, wobei der Dosisverlauf mehrere Dosiswerte aufweist. Die Dosiswertverteilung ist typischerweise innerhalb der ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpulsdauer nicht konstant. In anderen Worten variieren üblicherweise die Dosiswerte innerhalb der jeweiligen Hochfrequenzpulsdauer.One embodiment provides that the time-resolved actual values describe a dose distribution of the first multi-amplitude X-ray pulse. In particular, the dose value distribution represents the course of the dose over time, with the course of the dose having a plurality of dose values. The dose value distribution is typically not constant within the first multi-amplitude X-ray pulse duration. In other words, the dose values usually vary within the respective high-frequency pulse duration.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorangegangen Ausführungsform ist insbesondere, dass die Messeinheit zur Messung der Dosiswertverteilung eine Ionisationskammer, ein Foto-Szintillator oder ein direkt konvertierender Halbleiter ist. An advantageous development of the previous embodiment is in particular that the measuring unit for measuring the dose value distribution is an ionization chamber, a photo scintillator or a directly converting semiconductor.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass die zeitaufgelösten Ist-Werte eine Energiewertverteilung des ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls beschreiben. Die Energiewertverteilung stellt insbesondere den Energieverlauf über die Zeit dar, wobei der Energieverlauf mehrere Energiewerte aufweist. Die Energiewertverteilung ist typischerweise innerhalb der ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpulsdauer nicht konstant. In anderen Worten variieren die Energiewerte innerhalb der jeweiligen Hochfrequenzpulsdauer.One embodiment provides that the time-resolved actual values describe an energy value distribution of the first multi-amplitude X-ray pulse. The energy value distribution represents, in particular, the course of energy over time, with the course of energy having a number of energy values. The energy value distribution is typically not constant within the first multi-amplitude x-ray pulse duration. In other words, the energy values vary within the respective high-frequency pulse duration.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der vorangegangen Ausführungsform ist insbesondere, dass die Messeinheit zur Messung der Energiewertverteilung ein mit einem Target des Linearbeschleunigersystems verbundenes Strommessgerät oder ein den Elektronenstrahlengang der Röntgenstrahlenpulskette umgebender Messtransformator ist.An advantageous development of the previous embodiment is in particular that the measuring unit for measuring the energy value distribution is a current measuring device connected to a target of the linear accelerator system or a measuring transformer surrounding the electron beam path of the X-ray pulse chain.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beschreiben die zeitaufgelösten Ist-Werte die Dosiswertverteilung und die Energiewertverteilung. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, weil dadurch eine Regelung beider Größen ermöglicht wird. Dafür ist insbesondere die Regeleinheit ausgebildet, welche vorteilhafterweise die gemessenen Ist-Energiewerte und die gemessenen Ist-Dosiswerte in einer Regelschleife mit dem vorgegebenen Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpulsprofil vergleicht und entsprechend den zumindest einen Pulsparameter anpasst, so dass der darauffolgende Mehrfachenergien-Röntgenstrahlenpuls gemäß dem zumindest einen Pulsparameter angepasst und geregelt ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Ist-Werte des ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls mit einer Zeitauflösung geringer als 1 µs gemessen werden. Besonders vorteilhafterweise ist die Zeitauflösung geringer als 10 ns ist.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the time-resolved actual values describe the dose value distribution and the energy value distribution. This embodiment is particularly advantageous because it allows both variables to be controlled. In particular, the control unit is designed for this purpose, which advantageously compares the measured actual energy values and the measured actual dose values in a control loop with the specified multiple-amplitude X-ray pulse profile and accordingly adjusts the at least one pulse parameter, so that the subsequent multiple-energy X-ray pulse according to the at least one pulse parameter adjusted and regulated. This embodiment is particularly advantageous when the actual values of the first multi-amplitude X-ray pulse are measured with a time resolution of less than 1 μs. The time resolution is particularly advantageously less than 10 ns.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls-Profil ein stetiges und variables Amplitudenprofil für eine Energiewertverteilung mit ansteigenden und/oder fallenden Energiewerten aufweist. Das stetige Amplitudenprofil ist insbesondere stufenlos und/oder kontinuierlich, beispielsweise linear ansteigend oder fallend, insbesondere zwischen einem ersten Amplitudenwert größer null und einem zweiten Amplitudenwert größer null. Ein derartiges Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls-Profil wird vorteilhafterweise dadurch ermöglicht, dass die Zeitauflösung geringer als 1 µs ist und die zeitaufgelösten Ist-Werte die Dosiswertverteilung und die Energiewertverteilung beschreiben.An embodiment provides that the multi-amplitude X-ray pulse profile has a continuous and variable amplitude profile for an energy value distribution with increasing and/or decreasing energy values. The constant amplitude profile is in particular stepless and/or continuous, for example linearly increasing or decreasing, in particular between a first amplitude value greater than zero and a second amplitude value greater than zero. Such a multi-amplitude X-ray pulse profile is advantageously made possible by the fact that the time resolution is less than 1 μs and the time-resolved ten actual values describe the dose value distribution and the energy value distribution.
Eine zur vorherigen Ausführungsform alternative Ausführungsform sieht vor, dass das Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls-Profil zumindest zwei separate Intrapulse aufweist. Dieses Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls-Profil wird vorteilhafterweise dadurch ermöglicht, dass die Zeitauflösung geringer als 1 µs ist und die zeitaufgelösten Ist-Werte die Dosiswertverteilung und die Energiewertverteilung beschreiben. Ein weiterer Vorteil ist, dass die beiden separaten Intrapulse separat voneinander geregelt werden können. Zwischen den beiden separaten Intrapulse ist typischerweise der Stromstärkewert gleich null.An alternative embodiment to the previous embodiment provides that the multi-amplitude x-ray pulse profile has at least two separate intra-pulses. This multiple amplitude X-ray pulse profile is advantageously made possible by the fact that the time resolution is less than 1 μs and the time-resolved actual values describe the dose value distribution and the energy value distribution. Another advantage is that the two separate intrapulses can be controlled separately from each other. Between the two separate intrapulses, the current intensity value is typically equal to zero.
Das Computerprogrammprodukt kann ein Computerprogramm sein oder ein Computerprogramm umfassen. Das Computerprogrammprodukt weist insbesondere die Programmcodemittel auf, welche die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte abbilden. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren definiert und wiederholbar ausgeführt sowie eine Kontrolle über eine Weitergabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeübt werden. Das Computerprogrammprodukt ist vorzugsweise derart konfiguriert, dass die Recheneinheit mittels des Computerprogrammprodukts die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführen kann. Die Programmcodemittel können insbesondere in einen Speicher der Recheneinheit geladen und typischerweise mittels eines Prozessors der Recheneinheit mit Zugriff auf den Speicher ausgeführt werden. Wenn das Computerprogrammprodukt, insbesondere die Programmcodemittel, in der Recheneinheit ausgeführt wird, können typischerweise alle erfindungsgemäßen Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens durchgeführt werden. Das Computerprogrammprodukt ist beispielsweise auf einem physischen, computerlesbaren Medium gespeichert und/oder digital als Datenpaket in einem Computernetzwerk hinterlegt. Das Computerprogrammprodukt kann das physische, computerlesbare Medium und/oder das Datenpaket in dem Computernetzwerk darstellen. So kann die Erfindung auch von dem physischen, computerlesbaren Medium und/oder dem Datenpaket in dem Computernetzwerk ausgehen. Das physische, computerlesbare Medium ist üblicherweise unmittelbar mit der Recheneinheit verbindbar, beispielsweise indem das physische, computerlesbare Medium in ein DVD-Laufwerk eingelegt oder in einen USB-Port gesteckt wird, wodurch die Recheneinheit auf das physische, computerlesbare Medium insbesondere lesend zugreifen kann. Das Datenpaket kann vorzugsweise aus dem Computernetzwerk abgerufen werden. Das Computernetzwerk kann die Recheneinheit aufweisen oder mittels einer Wide-Area-Network- (WAN) bzw. einer (Wireless-)Local-Area-Network-Verbindung (WLAN oder LAN) mit der Recheneinheit mittelbar verbunden sein. Beispielsweise kann das Computerprogrammprodukt digital auf einem Cloud-Server an einem Speicherort des Computernetzwerks hinterlegt sein, mittels des WAN über das Internet und/oder mittels des WLAN bzw. LAN auf die Recheneinheit insbesondere durch das Aufrufen eines Downloadlinks, welcher zu dem Speicherort des Computerprogrammprodukts verweist, übertragen werden.The computer program product can be a computer program or can comprise a computer program. The computer program product has, in particular, the program code means that map the method steps according to the invention. As a result, the method according to the invention can be defined and executed in a repeatable manner, and control over the transfer of the method according to the invention can be exercised. The computer program product is preferably configured in such a way that the computing unit can carry out the method steps according to the invention using the computer program product. In particular, the program code means can be loaded into a memory of the processing unit and typically executed by means of a processor of the processing unit with access to the memory. If the computer program product, in particular the program code means, is executed in the computing unit, typically all embodiments according to the invention of the method described can be carried out. The computer program product is stored, for example, on a physical, computer-readable medium and/or stored digitally as a data package in a computer network. The computer program product can represent the physical, computer-readable medium and/or the data package on the computer network. The invention can also start from the physical, computer-readable medium and/or the data packet in the computer network. The physical, computer-readable medium can usually be connected directly to the processing unit, for example by inserting the physical, computer-readable medium into a DVD drive or plugging it into a USB port, which means that the processing unit can read the physical, computer-readable medium in particular. The data packet can preferably be retrieved from the computer network. The computer network can have the processing unit or be indirectly connected to the processing unit by means of a wide area network (WAN) or a (wireless) local area network connection (WLAN or LAN). For example, the computer program product can be stored digitally on a cloud server at a storage location of the computer network, by means of the WAN via the Internet and/or by means of the WLAN or LAN to the processing unit, in particular by calling up a download link that refers to the storage location of the computer program product , be transmitted.
Bei der Beschreibung der Vorrichtung erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen sind ebenso auf das Verfahren zu übertragen und umgekehrt. Mit anderen Worten können Ansprüche auf das Verfahren mit Merkmalen der Vorrichtung weitergebildet sein und umgekehrt. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in dem Verfahren verwendet werden.Features, advantages or alternative embodiments mentioned in the description of the device are also to be transferred to the method and vice versa. In other words, claims to the method can be further developed with features of the device and vice versa. In particular, the device according to the invention can be used in the method.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Grundsätzlich werden in der folgenden Figurenbeschreibung im Wesentlichen gleich bleibende Strukturen und Einheiten mit demselben Bezugszeichen wie beim erstmaligen Auftreten der jeweiligen Struktur oder Einheit benannt.The invention is described and explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments illustrated in the figures. Basically, in the following description of the figures, structures and units that remain essentially the same are named with the same reference symbols as when the respective structure or unit first appeared.
Es zeigen:
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1 ein Verfahren für ein Regeln einer mittels eines Linearbeschleunigersystems generierten Röntgenstrahlenpulskette mit einem ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls und einem zweiten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls in einem ersten Ausführungsbeispiel, -
2 das Verfahren von 1 in einem zweiten Ausführungsführungsbeispiel, -
3 eine in der Regeleinheit implementierte Regelschleife, -
4 beispielhafte Verläufe des Hochfrequenzleistungswerts P(t), des Dosiswerts D(t) und des Energiewerts E(t) in Abhängigkeit von der zeitlichen Variation des Stromstärkewerts I (t) , -
5 beispielhafte Verläufe des Stromstärkewerts I(t), des Dosiswerts D(t) und des Energiewerts E(t) in Abhängigkeit von der zeitlichen Variation des Hochfrequenzleistungswerts P(t), -
6 beispielhafte Verläufe des Dosiswerts D(t) und des Energiewerts E(t) in Abhängigkeit von der zeitlichen Variation des Hochfrequenzleistungswerts P(t) und des Stromstärkewerts I(t), -
7 den Verlauf des Hochfrequenzleistungswerts P(t) in Abhängigkeit von einer Hochspannungsamplituden U(t), -
8 ein Linearbeschleunigersystem mit einer Vorhersage-Regelschleife und -
9 ein Linearbeschleunigersystem mit einer direkten Regelschleife.
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1 a method for controlling an X-ray pulse chain generated by means of a linear accelerator system with a first multi-amplitude X-ray pulse and a second multi-amplitude X-ray pulse in a first exemplary embodiment, -
2 the procedure of1 in a second embodiment, -
3 a control loop implemented in the control unit, -
4 exemplary curves of the high-frequency power value P(t), the dose value D(t) and the energy value E(t) as a function of the time variation of the current value I (t) , -
5 example curves of the current value I(t), the dose value D(t) and the energy value E(t) as a function of the temporal variation of the high-frequency power value P(t), -
6 example curves of the dose value D(t) and the energy value E(t) as a function of the temporal variation of the high-frequency power value P(t) and the current value I(t), -
7 the course of the high-frequency power value P(t) as a function of a high-voltage amplitude U(t), -
8th a linear accelerator system with a predictive control loop and -
9 a linear accelerator system with a direct control loop.
Verfahrensschritt S100 kennzeichnet ein Modulieren eines mittels einer Elektronenquelle des Linearbeschleunigersystems erzeugten ersten Elektronenstrahls innerhalb einer ersten Hochfrequenzpulsdauer in Abhängigkeit eines vorgegebenen Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls-Profils, wobei der erste Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls beim Modulieren des ersten Elektronenstrahls erzeugt wird. Insbesondere kann das Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls-Profil ein stetiges und variables Amplitudenprofil für eine Energiewertverteilung mit ansteigenden und/oder fallenden Energiewerten aufweisen. Alternativ kann das Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls-Profil zumindest zwei separate Intrapulse aufweisen.Method step S100 characterizes modulation of a first electron beam generated by an electron source of the linear accelerator system within a first high-frequency pulse duration as a function of a predetermined multi-amplitude X-ray pulse profile, the first multi-amplitude X-ray pulse being generated when the first electron beam is modulated. In particular, the multi-amplitude X-ray pulse profile can have a steady and variable amplitude profile for an energy value distribution with increasing and/or decreasing energy values. Alternatively, the multi-amplitude x-ray pulse profile may include at least two separate intra-pulses.
Verfahrensschritt S101 kennzeichnet ein Messen von zeitaufgelösten Ist-Werten des ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls mittels einer Messeinheit. Insbesondere beschreiben die zeitaufgelösten Ist-Werte eine Dosiswertverteilung des ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls, wobei die Messeinheit zur Messung der Dosiswertverteilung eine Ionisationskammer, ein Foto-Szintillator oder ein direkt konvertierender Halbleiter ist. Alternativ oder zusätzlich beschreiben die zeitaufgelösten Ist-Werte eine Energiewertverteilung des ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls, wobei die Messeinheit zur Messung der Energiewertverteilung ein mit einem Target des Linearbeschleunigersystems verbundenes Strommessgerät oder ein den Elektronenstrahlengang der Röntgenstrahlenpulskette umgebender Messtransformator ist. Vorzugsweise werden die Ist-Werte des ersten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls mit einer Zeitauflösung geringer als 1 µs gemessen, besonders vorteilhafterweise ist die Zeitauflösung geringer als 10 ns.Method step S101 indicates a measurement of time-resolved actual values of the first multi-amplitude X-ray pulse by means of a measuring unit. In particular, the time-resolved actual values describe a dose value distribution of the first multi-amplitude X-ray pulse, the measuring unit for measuring the dose value distribution being an ionization chamber, a photo scintillator or a directly converting semiconductor. Alternatively or additionally, the time-resolved actual values describe an energy value distribution of the first multi-amplitude X-ray pulse, the measuring unit for measuring the energy value distribution being a current measuring device connected to a target of the linear accelerator system or a measuring transformer surrounding the electron beam path of the X-ray pulse chain. The actual values of the first multi-amplitude X-ray pulse are preferably measured with a time resolution of less than 1 μs, particularly advantageously the time resolution is less than 10 ns.
Verfahrensschritt S102 kennzeichnet ein Anpassen zumindest eines Pulsparameters mittels einer Regeleinheit in Abhängigkeit eines Vergleichs des vorgegebenen Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls-Profils und der gemessenen zeitaufgelösten Ist-Werte.Method step S102 characterizes an adjustment of at least one pulse parameter by means of a control unit as a function of a comparison of the specified multiple-amplitude x-ray pulse profile and the measured time-resolved actual values.
Verfahrensschritt S103 kennzeichnet ein Modulieren eines mittels der Elektronenquelle erzeugten zweiten Elektronenstrahls innerhalb einer zweiten Hochfrequenzpulsdauer in Abhängigkeit des zumindest einen angepassten Pulsparameters zur Erzeugung des zweiten Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls, wodurch die Röntgenstrahlenpulskette geregelt wird.Method step S103 characterizes a modulation of a second electron beam generated by the electron source within a second high-frequency pulse duration depending on the at least one adjusted pulse parameter for generating the second multi-amplitude X-ray pulse, whereby the X-ray pulse chain is regulated.
Verfahrensschritt S104 kennzeichnet, dass der Hochfrequenzleistungswert durch ein mittels der Regeleinheit initiiertes zeitversetztes Zuschalten zumindest einer Stufe eines Marx-Generators der Hochfrequenzquelle variiert wird und dass eine Impedanz eines Kapazitätselements, welches parallel zu einem Magnetron der Hochfrequenzquelle verschaltet ist, bei Erreichen der Magnetronzündspannung in einem Verhältnis ungleich 1 zu der Impedanz des Magnetrons eingestellt wird, sodass ein Hochspannungswert des Magnetrons ansteigt oder fällt in Abhängigkeit vom zeitversetzten Zuschalten der zumindest einen Stufe.Method step S104 indicates that the high-frequency power value is varied by switching on at least one stage of a Marx generator of the high-frequency source with a time delay, initiated by means of the control unit, and that an impedance of a capacitance element, which is connected in parallel to a magnetron of the high-frequency source, is proportional when the magnetron ignition voltage is reached is set equal to 1 to the impedance of the magnetron, so that a high voltage value of the magnetron increases or decreases depending on the time-delayed connection of the at least one stage.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Regeleinheit 11 derart mit zwei Regelsubeinheiten ausgestattet ist, dass die erste Regelsubeinheit einen ersten Intrapuls des Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls regelt und die zweite Regelsubeinheit einen zweiten Intrapuls des Mehrfachamplituden-Röntgenstrahlenpuls regelt.Basically it is conceivable that the
In den Reihen #9 bis 11 wird insbesondere dargestellt, dass der Verlauf des Hochfrequenzleistungswerts P(t) unmittelbar mit dem Hochspannungsamplitudenanstieg zusammenhängt. Der Zusammenhang ist insbesondere derart, dass ein starker Hochspannungsamplitudenanstieg zu einem fallenden Hochfrequenzleistungswert P(t) führen kann und ein langsamer Hochspannungsamplitudenanstieg zu einem ansteigenden Hochfrequenzleistungswert P(t) führen kann.In particular,
Die Reihe #12 offenbart insbesondere, dass der Hochfrequenzleistungswert P(t) dadurch erhöht werden kann, dass die Hochspannungsamplitude U(t) sprunghaft erhöht wird, insbesondere aufgrund des zeitversetzten Zuschaltens zumindest einer Stufe eines Marx-Generators der Hochfrequenzquelle.
Das Linearbeschleunigersystem 10 weist
- -
eine Regeleinheit 11, - -
eine Elektronenquelle 13, - -
eine Hochfrequenzquelle 14, - -
eine Messeinheit 12 und - - ein Target zur Generierung der Röntgenstrahlenpulskette auf.
- - a
control unit 11, - - an
electron source 13, - - a high-
frequency source 14, - - a
measuring unit 12 and - - A target for generating the X-ray pulse chain.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung dennoch nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is nevertheless not limited by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
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